JP2001040181A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents
半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置Info
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Abstract
動性を兼ね備えた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提
供する。 【解決手段】下記の(A)〜(D)成分を含有する半導
体封止用エポキシ樹脂組成物である。 (A)エポキシ樹脂。 (B)フェノール樹脂。 (C)無機質充填剤。 (D)下記の一般式(1)で表される有機燐化合物。 【化1】
Description
ん、優れた耐湿信頼性および流動性を有する半導体封止
用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置に
関するものである。
I等の半導体素子は、エポキシ樹脂組成物を用い封止さ
れ電子部品化されている。その電子部品は、難燃性の規
格であるUL94V−0に適合することが不可欠である
ため、これまでは臭素化エポキシ樹脂および酸化アンチ
モンを添加することにより難燃性を付与する方法が採ら
れてきた。ところが、近年、環境保護の観点から、上記
ハロゲン系難燃剤やアンチモン化合物を用いることなく
難燃性を付与させる方法が要求されている。
属水酸化物、硼素化合物、赤燐化合物等を用いることが
検討されてきたが、上記化合物の多くはこれらを用いる
ことにより、流動性の低下による成形性の不良、不純物
含有量の多さによる耐湿性の低下という問題を有してい
る。
おいて、金属水酸化物等においては板状の形状を有する
ことから、封止材となるエポキシ樹脂組成物の流動性が
低下するという欠点があった。また、赤燐化合物等にお
いては、水に溶解し易いことから、高温高湿下で燐酸等
の不純物イオンの析出が多くなり、耐湿信頼性の低下を
生じるという欠点があった。さらに、有機燐化合物も難
燃性を付与することができると考えられるが、上記赤燐
化合物と同様、耐湿信頼性の低下を生じるという欠点を
有している。
もので、高い難燃性はもちろん、優れた耐湿性および流
動性を兼ね備えた半導体封止用エポキシ樹脂組成物およ
びそれを用いて得られる高い信頼性を有する半導体装置
の提供をその目的とする。
め、本発明は、下記の(A)〜(D)成分を含有する半
導体封止用エポキシ樹脂組成物を第1の要旨とする。 (A)エポキシ樹脂。 (B)フェノール樹脂。 (C)無機質充填剤。 (D)下記の一般式(1)で表される有機燐化合物。
シ樹脂組成物により半導体素子を封止してなる半導体装
置を第2の要旨とする。
これに加えて耐湿信頼性および流動性においても優れた
封止材となり得るエポキシ樹脂組成物を得ることを目的
に一連の研究を重ねた。その結果、上記一般式(1)で
表される特定の有機燐化合物を用いると、優れた難燃性
が付与されることはもちろん、耐湿信頼性においても優
れ、かつ先に述べた金属水酸化物等のように流動性の低
下を生じず所期の目的が達成されることを見出し本発明
に到達した。すなわち、上記一般式(1)で表される有
機燐化合物中の水酸基がエポキシ樹脂中のエポキシ基と
反応し硬化物中に分子レベルで取り込まれると考えられ
るため、例えば、従来の赤燐等の難燃剤の場合と比較し
て、高温高湿等の条件下での燐酸イオン等の不純物が析
出しにくく、その結果、耐湿信頼性に関して優れた封止
材料となるのである。
剤を特定の範囲の含有量となるように用いる場合、難燃
性および流動性のバランスが特に良好となり、より優れ
た封止材を得ることができるようになる。
しく説明する。
は、エポキシ樹脂(A成分)と、フェノール樹脂(B成
分)と、無機質充填剤(C成分)と、特定の有機燐化合
物(D成分)とを用いて得られるものであって、通常、
粉末状もしくはそれを打錠したタブレット状になってい
る。
に限定するものではなく、ジシクロペンタジエン型,ク
レゾールノボラック型,フェノールノボラック型,ビス
フェノール型,ビフェニル型等の各種のエポキシ樹脂を
用いることができる。これらエポキシ樹脂は単独で用い
てもよいし2種以上併用してもよい。そして、これらエ
ポキシ樹脂のなかでも、特に融点または軟化点が室温を
超えていることが好ましい。例えば、クレゾールノボラ
ック型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量180〜2
10、軟化点60〜110℃のものが好適に用いられ
る。また、上記ビフェニル型エポキシ樹脂としては、エ
ポキシ当量180〜210、融点80〜120℃のもの
が好適に用いられる。
ポキシ樹脂(A成分)の硬化剤として作用するものであ
り、特に限定するものではなく、ジシクロペンタジエン
型フェノール樹脂,フェノールノボラック樹脂,クレゾ
ールノボラック樹脂,フェノールアラルキル樹脂等があ
げられる。これらフェノール樹脂は単独で用いてもよい
し2種以上併用してもよい。そして、これらフェノール
樹脂としては、水酸基当量が70〜250,軟化点が5
0〜110℃のものを用いることが好ましい。そして、
上記エポキシ樹脂(A成分)とフェノール樹脂(B成
分)との好適な組み合わせとしては、エポキシ樹脂(A
成分)としてクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用
いる場合はフェノールノボラック樹脂を用いることが好
ましく、エポキシ樹脂(A成分)としてビフェニル型エ
ポキシ樹脂を用いる場合はフェノールアラルキル樹脂を
用いることが好ましい。
る無機質充填剤(C成分)としては、特に限定するもの
ではなく従来公知の各種充填剤があげられ、例えば、石
英ガラス粉末、タルク、シリカ粉末(溶融シリカ粉末や
結晶性シリカ粉末等)、アルミナ粉末、窒化アルミニウ
ム粉末、窒化珪素粉末等があげられる。これらは単独で
もしくは2種以上併せて用いられる。なかでも、得られ
る硬化物の線膨張係数を低減できるという点から上記シ
リカ粉末を用いることが好ましく、上記シリカ粉末のな
かでも溶融シリカ粉末を用いることが高充填、高流動性
という点から特に好ましい。上記溶融シリカ粉末として
は、球状溶融シリカ粉末、破砕溶融シリカ粉末があげら
れるが、流動性という観点から、球状溶融シリカ粉末を
用いることが好ましい。特に、平均粒径が10〜60μ
mの範囲、特に好ましくは25〜45μmの範囲のもの
を用いることが好ましい。なお、上記平均粒径は、例え
ば、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定
することができる。
エポキシ樹脂組成物全体の50〜95重量%の範囲内に
設定することが好ましく、特に好ましくは70〜90重
量%である。すなわち、50重量%未満のように少なす
ぎると、エポキシ樹脂組成物中の有機成分の占める割合
が多くなり、硬化物の難燃効果に乏しくなり、95重量
%を超えて多くなると、エポキシ樹脂組成物の流動性が
著しく低下する傾向がみられるからである。
有機燐化合物(D成分)は、下記の一般式(1)で表さ
れる有機燐化合物である。
フェノール性水酸基を有する1価の有機基を有する化合
物、すなわち、下記の一般式(2)で表される有機燐化
合物が好ましく用いられる。
記の化学式(3)で表される2−(9‘,10’−ジヒ
ドロ−9‘−ホスファ−9’−オキシド−10‘−オキ
サフェナンスレン−9’−イル)−1,4−ジヒドロキ
シベンゼンが好ましく用いられる。
置換基および置換位置のみ異なる化合物を用いることも
好ましい。これら化合物に関して、上記式(3)の置換
位置および置換基のみを変えて示すと、4−メチル、4
−エチル、4−t−ブチル、(1‘−メチル)、(1’
−t−ブチル)、(1‘−シクロヘキシル)、(1’,
3‘−ジメチル)、(1’−メチル)−4−メチル、
(1‘−t−ブチル)−4−メチル、(1’−シクロヘ
キシル)−4−メチル、(1‘−メチル)−4−t−ブ
チル、(1’−t−ブチル)−4−t−ブチル、(1
‘−シクロヘキシル)−4−t−ブチル、(1’−シク
ロヘキシル)−4−t−ブチル、(1‘,3’−ジメチ
ル)−4−メチル、(1‘,3’−ジメチル)−4−t
−ブチル等があげられる。これら化合物は単独でもしく
は2種以上併せて用いられる。
エポキシ樹脂組成物全体中0.5〜20重量%の範囲に
設定することが好ましく、特に好ましくは2〜10重量
%の範囲である。すなわち、有機燐化合物の含有量が
0.5重量%未満のように少な過ぎると必須条件である
難燃効果に乏しく、逆に20重量%を超えて多過ぎると
耐湿信頼性が低下する傾向がみられるからである。
ル樹脂(B成分)および有機燐化合物(D成分)との配
合割合は、エポキシ樹脂を硬化させるに充分な量に設定
することが好ましい。一般的には、エポキシ樹脂中のエ
ポキシ基1当量に対して、フェノール樹脂(B成分)お
よび有機燐化合物(D成分)の両者の水酸基の合計が
0.7〜1.5当量となるように配合することが好まし
い。より好ましくは0.9〜1.2当量である。
組成物には、上記A〜D成分以外に必要に応じて、硬化
促進剤、D成分である有機燐化合物以外の難燃剤、難燃
助剤、離型剤、カーボンブラック等の顔料や着色料、γ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メル
カプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノエチル
アミノプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリ
ング剤、低応力化剤等他の添加剤を適宜配合することが
できる。
が用いられる。具体的には、テトラフェニルボレート
や、トリフェニルホスフィン等の有機リン系化合物、
1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−
7、1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)ノネン−5
等のジアザビシクロアルケン系化合物等があげられる。
これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。
下記の一般式(4)で表される多面体形状の複合化金属
水酸化物を用いることができる。この複合化金属水酸化
物は、結晶形状が多面体形状を有するものであり、従来
の六角板形状を有するもの、あるいは、鱗片状等のよう
に、いわゆる厚みの薄い平板形状の結晶形状を有するも
のではなく、縦、横とともに厚み方向(c軸方向)への
結晶成長が大きい、例えば、板状結晶のものが厚み方向
(c軸方向)に結晶成長してより立体的かつ球状に近似
した粒状の結晶形状、例えば、略12面体、略8面体、
略4面体等の形状を有する複合化金属水酸化物をいう。
酸化物に関して、式(4)中の金属元素を示すMとして
は、Al,Mg,Ca,Ni,Co,Sn,Zn,C
u,Fe,Ti,B等があげられる。
金属水酸化物中のもう一つの金属元素を示すQは、周期
律表のIVa,Va,VIa, VIIa,VIII,Ib,IIbか
ら選ばれた族に属する金属である。例えば、Fe,C
o,Ni,Pd,Cu,Zn等があげられ、単独でもし
くは2種以上併せて選択される。
複合化金属水酸化物は、例えば、複合化金属水酸化物の
製造工程における各種条件等を制御することにより、
縦,横とともに厚み方向(c軸方向)への結晶成長が大
きい、所望の多面体形状、例えば、略12面体、略8面
体、略4面体等の形状を有する複合化金属水酸化物を得
ることができ、通常、これらの混合物からなる。
物の具体的な代表例としては、酸化マグネシウム・酸化
ニッケルの水和物、酸化マグネシウム・酸化亜鉛の水和
物、酸化マグネシウム・酸化銅の水和物等があげられ
る。
属水酸化物としては、下記に示す粒度分布(α)〜
(γ)を有することが好ましい。なお、下記に示す粒度
分布の測定には、レーザー式粒度測定機を使用する。 (α)粒径1.3μm未満のものが10〜35重量%。 (β)粒径1.3〜2.0μm未満のものが50〜65
重量%。 (γ)粒径2.0μm以上のものが10〜30重量%。
水酸化物のアスペクト比は、通常1〜8、好ましくは1
〜7、特に好ましくは1〜4である。ここでいうアスペ
クト比とは、複合化金属水酸化物の長径と短径との比で
表したものである。すなわち、アスペクト比が8を超え
ると、この複合化金属水酸化物を含有するエポキシ樹脂
組成物が溶融したときの粘度低下に対する効果が乏しく
なる。そして、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物の構成成分として用いられる場合には、一般的に、ア
スペクト比が1〜4のものが用いられる。
肪酸エステル、高級脂肪酸カルシウム等の化合物があげ
られ、例えば、カルナバワックスやポリエチレン系ワッ
クスが用いられ、これらは単独でもしくは2種以上併せ
て用いられる。
酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体、メタクリル
酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体等のブタジエ
ン系ゴムやシリコーン化合物があげられる。さらに、耐
湿信頼性テストにおける信頼性向上を目的としてハイド
ロタルサイト類、水酸化ビスマス等のイオントラップ剤
を配合してもよい。
シ樹脂組成物は、例えば、つぎのようにして製造するこ
とができる。すなわち、前記エポキシ樹脂(A成分)、
フェノール樹脂(B成分)、無機質充填剤(C成分)お
よび有機燐化合物(D成分)ならびに必要に応じて他の
添加剤を常法に準じて適宜配合し、ミキシングロール等
の混練機を用いて加熱状態で溶融混練した後、これを室
温下で冷却固化させる。その後、公知の手段により粉砕
し、必要に応じて打錠するという一連の工程により目的
とするエポキシ樹脂組成物を製造することができる。
物を用いての半導体素子の封止は、特に制限するもので
はなく、通常のトランスファー成形等の公知のモールド
方法により行うことができる。
止用樹脂組成物として用いられるエポキシ樹脂組成物中
に、前記特定の有機燐化合物(D成分)が含有されてい
るため、これが高い難燃性を有するとともに、優れた耐
湿信頼性および流動性を備えていることから、高い信頼
性を備えた半導体装置となる。
明する。
型エポキシ樹脂(エポキシ当量195、軟化点70℃)
れるビフェニル型エポキシ樹脂(エポキシ当量192、
融点107℃)
ク樹脂(水酸基当量107、軟化点85℃)
されるフェノール樹脂(水酸基当量174、軟化点70
℃)
均粒径30μm)
ルトリメトキシシラン
ワックス
表される環状有機燐化合物(三光社製、HCA−HQ)
平均粒径30μm(燐化学工業社製、ノーバエクセル)
属水酸化物(タテホ化学社製、エコーマグZ−10)
示す各原料を同表に示す割合で同時に配合し、ミキシン
グロール機(温度100℃)で3分間溶融混練した。つ
ぎに、この溶融物を冷却した後粉砕することにより目的
とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
例のエポキシ樹脂組成物を用い、下記の方法に従って不
純物イオン濃度を測定した。さらに、上記各エポキシ樹
脂組成物を用いて厚み1/16インチの試験片を成形
し、UL94 V−0規格の方法に従って難燃性を評価
した。なお「合格」とは94−V0の合格を意味する。
物を用い下記の条件で硬化体を作製した。そして、得ら
れた硬化体を粉砕した後、160℃×20時間の抽出条
件にて燐酸イオンを抽出してそのイオン量をイオンクロ
マト分析にて測定した。 (硬化体作製条件) 温度:175℃ 時間:2分
エポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子(チップサイ
ズ:7.5×7.5mm)をトランスファー成形(条
件:175℃×2分)し、175℃×5時間の後硬化す
ることより半導体パッケージを得た。このパッケージ
は、80ピンQFP(クワッドフラットパッケージ、サ
イズ:20mm×14mm×厚み2mm)であり、ダイ
パッドサイズは8×8mmである。
を用いて、プレッシャークッカー試験(PCTテスト)
をバイアスを印加して行った(条件130℃/85%R
H、30Vバイアス)。なお、不良モードはリーク不良
およびオープン不良を測定し、これら不良が発生するま
での時間を測定して耐湿性を評価した。
(SF)により流動性の評価を行った。 〔スパイラルフローの測定〕スパイラルフロー測定用金
型を用い、175±5℃にてEMMI 1−66に準じ
てスパイラルフロー値を測定した。
6に併せて示す。
良好な難燃性を示すとともに、燐酸イオン量が少なく、
耐湿性評価試験および流動性評価試験においても優れた
結果が得られた。これに対して、シリカ粉末を含有しな
い比較例1品は耐湿信性評価試験は問題なかったが、難
燃性に劣りかつ燐酸イオン量も高かった。また、難燃剤
として赤燐を用いた比較例2品は良好な難燃性を示した
が、燐酸イオン量が極端に高く、耐湿性評価試験結果が
悪かった。また、金属水酸化物を用いた比較例3品は良
好な難燃性を示したが、流動性評価試験の結果が悪かっ
た。
分とともに前記一般式(1)で表される有機燐化合物
(D成分)を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物
である。このため、高い難燃性はもちろん、高温高湿条
件下での不純物が従来よりも析出し難くなり、優れた耐
湿信頼性および流動性を有するようになる。したがっ
て、この半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導
体素子を封止することにより、信頼性に優れた半導体装
置を得ることができる。
剤を特定の範囲の含有量となるように用いる場合、難燃
性および流動性のバランスが特に良好となり、より優れ
た封止材を得ることができるようになる。
Claims (5)
- 【請求項1】 下記の(A)〜(D)成分を含有するこ
とを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 (A)エポキシ樹脂。 (B)フェノール樹脂。 (C)無機質充填剤。 (D)下記の一般式(1)で表される有機燐化合物。 【化1】 - 【請求項2】 上記(D)成分である有機燐化合物が、
下記の一般式(2)で表される有機燐化合物である請求
項1記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化2】 - 【請求項3】 上記(D)成分である有機燐化合物が、
下記の化学式(3)で表される有機燐化合物である請求
項1記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 【化3】 - 【請求項4】 上記(C)成分である無機質充填剤の含
有量がエポキシ樹脂組成物全体中50〜95重量%の範
囲に設定されている請求項1〜3のいずれか一項に記載
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか一項に記載の半
導体封止用エポキシ樹脂組成物により半導体素子を封止
してなる半導体装置。
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